[发明专利]具有温度传感器的功率半导体器件

说明书

我们在本文中描述了包括功率半导体器件部分(100)和温度感测器件部分(185)的高压半导体器件。温度感测器件部分包括：阳极区(140)；阴极区(150)；主体区(160)，在所述主体区(160)中形成阳极区和阴极区。温度感测器件部分还包括半导体隔离区(165)，在所述半导体隔离区(165)中形成主体区，所述半导体隔离区具有与主体区相反的导电类型，所述半导体隔离区形成在功率半导体器件部分和温度感测器件部分之间。

技术领域

本发明涉及集成在功率半导体器件上特别是但非排他地在晶体管芯片上的温度感测器件。

背景技术

在功率转换器中使用的诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的功率半导体器件处理高电流和高电压，并且可能由于结的过热或器件结构内部的高温梯度而被破坏。因此，需要温度传感器及其驱动电路来驱动和保护现代功率模块内部的功率半导体器件。常规地，功率半导体器件和温度传感器部件形成在不同的芯片上与在同一芯片上形成它们相比，简化了制作工艺并减小了制造成本。

为了减小或防止温度引起的故障，在功率半导体器件的操作期间不断监测局部温度。一旦监测到的温度超过预设的温度极限，可能会触发一些保护措施来使器件减速或立即关断功率器件。

如上所述，功率半导体器件和温度传感器及其部件被构成在单独的芯片上，如图1中所示。温度传感器设置在功率半导体器件的芯片上，而用于控制温度传感器并处理输出信号的驱动电路设置在集成电路(IC)的单独的芯片上。

如图2所示，在US7507023 B2中描述了一种类型的温度传感器。在该常规器件中，借助于扩散在功率半导体器件的硅衬底的表面上来形成温度检测二极管。利用二极管的正向电压的温度依赖性。正向电压与功率半导体器件的温度成比例。该器件容易形成形成晶闸管效应的n⁺pnp⁺结，其可以通过闩锁破坏器件。

在US 20130266042 A1中描述了另一种类型的温度传感器，其中温度传感器包括连接到晶体管堆叠体的电流源。

然而，现有技术中描述的设计/结构在温度传感器的操作期间具有触发PNPN闩锁的潜在风险。当IGBT(半导体区)关断时，空穴(正载流子)堆积在当IGBT导通时成为漂移区的N型衬底中，尽管空穴被发射极吸引，但空穴仍泄漏到温度检测二极管中。因此，形成了由NPN和PNP晶体管形成的寄生晶闸管。NPN晶体管包括温度检测二极管的N型区、温度检测二极管的P阱和N型衬底。PNP晶体管包括温度检测二极管的P阱、N型衬底和成为IGBT的集电极区(半导体区)的P型区。

因此，存在的问题是，通过晶闸管效应的闩锁可能会损坏温度检测二极管。此外，寄生电流在温度检测二极管中流动，并且从而可以损坏连接到二极管的驱动电路。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供高压半导体器件，该高压半导体器件包括功率半导体器件部分；温度感测器件部分。温度感测器件部分包括：阳极区；阴极区；主体区，在所述主体区中形成阳极区和阴极区；以及半导体隔离区，在所述半导体隔离区中形成主体区。该半导体隔离区包括与主体区相反的导电类型，该半导体隔离区形成在功率半导体器件部分和温度感测器件部分之间。

阳极区和半导体隔离区可以具有第一导电类型，而阴极区和主体区可以具有与第一导电类型相反的第二导电类型。

半导体隔离区的掺杂浓度水平可以相对小于阳极区的掺杂浓度水平。p+隔离区的掺杂浓度水平在～5×10¹⁶cm^-3至～10¹⁸cm^-3的范围内。